一種生物廢水滅活系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

過(guò)琦芳

摘? ?要：生物廢水的直接排放不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，而且浪費(fèi)資源。針對(duì)目前制藥廠生物廢水處理的不足，本文設(shè)計(jì)了一種生物廢水滅活系統(tǒng)，該系統(tǒng)以西門(mén)子200系列PLC為核心控制器，并增加觸摸屏控制。PLC監(jiān)測(cè)生物廢水的溫度、液位、流量、壓力等輸入模擬量，并根據(jù)反饋信息進(jìn)行自動(dòng)控制，從而達(dá)到生物廢水連續(xù)滅活的目的。本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠滿足生物廢水連續(xù)滅活的要求，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。

關(guān)鍵詞：生物廢水? 滅活? PLC? 觸摸屏

中圖分類號(hào)：X702? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（a）-0128-02

隨著制藥工業(yè)的發(fā)展，制藥廢水的處理已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)的一大難題。制藥工業(yè)廢水主要包含抗生素類工業(yè)廢水、合成藥物生產(chǎn)廢水、中成藥生產(chǎn)廢水、各類制劑生產(chǎn)過(guò)程的沖洗水和沖洗廢水四大類[1]。這些廢水成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，毒性大，生化性很差，如果將生物廢水直接排放不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，而且也浪費(fèi)資源。

本文針對(duì)傳統(tǒng)滅菌系統(tǒng)采用手動(dòng)控制、操作危險(xiǎn)性大等問(wèn)題，采用西門(mén)子PLC結(jié)合西門(mén)子觸摸屏實(shí)現(xiàn)生物廢水滅活系統(tǒng)整個(gè)工作過(guò)程的自動(dòng)運(yùn)行及可視化處理，不僅節(jié)約成本，而且提高了操作的安全性和可靠性，為生物制藥廢水處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制提供參考。

1? 總體設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示，系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、各種儀器儀表（溫度計(jì)、液位計(jì)、壓力傳感器、流量計(jì)）、水泵、熱交換器、閥門(mén)等組成。生物廢水通過(guò)排放管路收集到滅活水箱中，液位計(jì)測(cè)量水箱的液位并反饋給PLC，PLC根據(jù)反饋信息來(lái)控制水泵的啟動(dòng)與停止，同時(shí)水泵會(huì)根據(jù)出水流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的頻率，確保達(dá)到正常流量，生物廢水經(jīng)過(guò)水泵初次經(jīng)過(guò)換熱器，由滅活溫度傳感器得到當(dāng)前滅活水的溫度并反饋給PLC，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理后，按照比例開(kāi)啟比例調(diào)節(jié)閥加入工業(yè)蒸氣對(duì)生物廢水進(jìn)行加熱，當(dāng)生物廢水的溫度達(dá)到85℃時(shí)，維持3min，達(dá)到殺滅活性菌體的目的。然后再次經(jīng)過(guò)換熱器，形成二次溫度加熱，同時(shí)冷卻排放水的溫度，從而達(dá)到高效利用換熱器，高效使用熱能的目的。同時(shí)可以在觸摸屏上設(shè)置各種參數(shù)以及顯示當(dāng)前閥門(mén)狀態(tài)和水泵狀態(tài)運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的靈活控制。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的PLC為西門(mén)子S7-226PLC，此PLC包含24路輸入，16路輸出，擁有充足的使用空間，并且仍然有備用空間，226配用2個(gè)PORT 端口，可以同時(shí)連接觸摸屏，以及連接電腦[2]。模擬量輸入采用西門(mén)子231EM231模塊， 此模塊擁有4路模擬量輸入，可以完全接收系統(tǒng)的溫度、壓力、液位、流量的4到20ma輸入，并且在EM231模塊上自帶穩(wěn)定輸入信號(hào)的功能，使用也十分簡(jiǎn)單。模擬量輸出采用西門(mén)子EM232模塊，主要讓PLC輸出信號(hào)給變頻器，讓變頻器按照PLC輸出信號(hào)，輸出頻率，用來(lái)調(diào)節(jié)水泵的頻率[3]。數(shù)字量輸出采用EM222，此模塊有8路DO，用來(lái)控制水泵開(kāi)啟信號(hào)到中間繼電器的連接，同時(shí)連接報(bào)警器，在系統(tǒng)報(bào)警器起明示作用。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是由PLC來(lái)自動(dòng)控制的，同時(shí)輔以觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)控制，由于采用西門(mén)子s7-200PLC以及西門(mén)子觸摸屏TP1200，故開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用了V4.0 STEP 7Micro WIN SP9進(jìn)行梯形圖編程以及TIA Portal V13進(jìn)行觸摸屏程序的編寫(xiě)。

3.1 PLC自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)

（1）自動(dòng)模式啟動(dòng)程序。當(dāng)液位大于滅活低液位時(shí)，水泵啟動(dòng)，同時(shí)水泵會(huì)根據(jù)出水流量，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵頻率，以達(dá)到正常使用流量，這些也可以通過(guò)觸摸屏進(jìn)行設(shè)置。（參考值：1.0≤V≤2.0）。

（2）手動(dòng)與自動(dòng)模式互鎖程序。為防止程序錯(cuò)誤，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，把自動(dòng)模式與手動(dòng)模式做了互鎖，即：手動(dòng)與自動(dòng)模式在開(kāi)啟的同時(shí)會(huì)把另外一個(gè)斷開(kāi)，這樣既保證安全也不會(huì)因?yàn)殄e(cuò)誤觸發(fā)而引起不必要的損失。

（3）水泵保護(hù)程序。水泵的正常運(yùn)行，缺少不了諸多安全措施，在水泵運(yùn)行時(shí)，會(huì)因?yàn)樗鋬?nèi)沒(méi)有了需要處理的廢水，但是水泵依舊在空轉(zhuǎn)，這樣極易容易導(dǎo)致水泵的損壞，為防止這類事件的發(fā)生，所以要對(duì)水泵進(jìn)行最低液位保護(hù)，即：當(dāng)液位低于低液位時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)液位傳感器得到當(dāng)前液位，發(fā)出信號(hào)，PLC接收處理信號(hào)并發(fā)出指令，令水泵停止運(yùn)行，從而保護(hù)水泵，避免損壞。

（4）根據(jù)流量調(diào)頻程序。水泵調(diào)頻程序是根據(jù)流量計(jì)得到瞬時(shí)流量，與設(shè)定值相比較，若低于平均值則會(huì)增加水泵頻率0.5Hz，若是大于中間值也會(huì)增加1Hz頻率，且為防止頻繁切換，使用了計(jì)時(shí)器，延時(shí)動(dòng)作，這樣既穩(wěn)定了系統(tǒng)，又保證了不會(huì)損壞閥門(mén)、水泵。而且在增加頻率時(shí)候，設(shè)置了最大頻率（≤49Hz），為防止?jié)M頻運(yùn)行影響水泵使用壽命。

（5）比例調(diào)節(jié)閥開(kāi)度程序。 通過(guò)調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)蒸汽進(jìn)氣量，確保不是大量進(jìn)入，使溫度過(guò)高，導(dǎo)致滅活系統(tǒng)不穩(wěn)定。由溫度傳感器得到當(dāng)前通過(guò)滅活水的溫度，反饋給PLC，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的處理，按照比例開(kāi)啟閥門(mén)，進(jìn)行微小的調(diào)整，從而穩(wěn)定系統(tǒng)溫度，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的滅活流程。

3.2 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

為了使觸摸屏和PLC成功通訊，首先需要對(duì)通信模式進(jìn)行設(shè)置，其次就是界面設(shè)計(jì)以及各種按鍵功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此界面上可以對(duì)滅活液位、滅活溫度、滅活流量等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，手動(dòng)啟動(dòng)及停止各個(gè)閥門(mén)及水泵，從而達(dá)到靈活控制生物廢水滅活系統(tǒng)的目的。

4? 結(jié)語(yǔ)

PLC和觸摸屏聯(lián)合控制，是當(dāng)今流行的自動(dòng)控制解決方案且安全可靠，相對(duì)于工控機(jī)、上位機(jī)控制，觸摸屏不會(huì)死機(jī)，能很好的保存記錄和運(yùn)行狀況，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格也便宜一些。利用PLC對(duì)生物廢水進(jìn)行溫度、液位、流量、壓力的控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)生物廢水滅活系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行，極大的減少了操作人員的工作量，避免了操作人員接觸，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，無(wú)人看守，節(jié)能減排，可持續(xù)性發(fā)展的大計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋鑫，任立人，吳丹，等.制藥廢水深度處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].廣州化工，2012，40（12）：29-30.

[2] 鄭鳳翼.圖解西門(mén)子s7-200系列PLC入門(mén)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3] 吳東.PLC在廢水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，13（3）：264-265.